CN117125806A - 基于折线流动的有机废水臭氧降解方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于折线流动的有机废水臭氧降解方法与装置，该装置包括臭氧发生器、气泵、折线形气液反应器、水泵和储液罐；折线形气液反应器内自上而下设置有若干个水膜锥体，相邻的水膜锥体之间设置有折线形导流板，水膜锥体开设有水膜锥体臭氧错流通气孔，折线形导流板开设有导流板臭氧错流通气孔；折线形气液反应器内自上而下折线流动的有机废水水膜与自下而上进入的臭氧气体形成逆向错位流动。本发明通过多个水膜锥体和多个折线形导流板的组合，显著提高臭氧与有机废水的接触面积和反应时间，从而提高有机废水的降解率；通过调节水膜厚度控制挡片之间的夹角，从而调节形成水膜的厚度，进一步提高有机废水降解效率。

Description

基于折线流动的有机废水臭氧降解方法与装置

技术领域

本发明涉及基于折线流动的有机废水臭氧降解方法与装置，属于有机废水臭氧降解技术领域。

背景技术

随着工业生产、城市化进程的不断加速，有机废水排放量逐年增加，对环境造成严重威胁。传统的废水处理方法如芬顿氧化法、光催化法、生物降解法存在处理周期长、二次污染风险高等问题。近年来，臭氧降解法成为了一种新兴的有机废水处理方法。臭氧溶于水时，臭氧分子本身会与有机分子发生氧化反应，同时臭氧水解生成的羟基自由基(HO·)也会攻击有机物分子。由于羟基自由基(HO·)的氧化电位高于臭氧，且与有机物分子的反应速度更快，所以羟基自由基(HO·)引发的降解反应在整体降解过程中占有主导地位。臭氧降解技术由于其处理速度快、污染物移除率高、无二次污染的特点，被认为是一种极具前景的有机废水处理方法。

公开号为CN103435206B的专利文献公开了一种臭氧氧化与电离辐射处理有机废水的协同方法及处理系统，其方法包括：将有机废水在曝气池中进行臭氧曝气，将臭氧曝气后的有机废水中的臭氧去除，得到一预处理水，以及将该预处理水进行电离辐射处理。该方法虽然加入了电离辐射处理，但只是在曝气池中对有机废水进行臭氧曝气，有机废水与臭氧的接触面积小，会造成臭氧的浪费，导致臭氧利用率低。

公开号为CN114988557B的专利文献公开了一种卧式管状催化臭氧降解处理有机废水装置，其包括粗管、储物间、臭氧发生装置、网套和填料柱，通过在有机废水流动过程中配合储物间内的蒲公英绒和臭氧对流经的有机废水进行降解处理，加入蒲公英绒引导臭氧和液体结合，在网套和填料柱旋转下形成高效的气水混合系统，虽然降低了臭氧的消耗，但是该装置流经的有机废水与臭氧的接触时间短，使得有机废水与臭氧反应不够充分，降解效率有限。

公开号为CN104108783B的专利文献公开了一种快速、高效、选择性降解水中微量苯并芘的方法，该方法将含微量苯并芘的废水在臭氧催化氧化反应器内被填料切割成水膜后，同逆向流动的臭氧或臭氧化空气接触、溶解，在分子印迹填料的选择性吸附、催化氧化耦合作用下选择性地降解废水中的微量苯并芘。该方法虽然用填料将有机废水切割成水膜，但无法调节形成水膜的厚度，不易形成超薄水膜，难以进一步提高有机废水降解效率。

综上所述，现有的有机废水臭氧降解方法和装置在实际应用中还存在如下问题：第一：有机废水与臭氧的接触面积小，现有的装置将有机废水与臭氧混合接触时，因有机废水为液体，与臭氧气体的接触面积有限，很难将有机废水大面积暴露在臭氧中；第二：有机废水与臭氧的接触时间短，现有装置都是将有机废水流经臭氧区，使得有机废水与臭氧的接触时间有限，往往需要降低有机废水流速来提高接触时间，但这又会使得有机废水降解效率大大降低；第三：无法调节水膜厚度，现有装置通常无法调节有机废水形成水膜的厚度，不易形成超薄水膜，难以进一步提高有机废水降解效率。

发明内容

针对现有的有机废水臭氧降解方法和装置存在的气液接触面积小、接触时间短、需要大量能耗等问题，本发明提出了基于折线流动的有机废水臭氧降解方法与装置，通过锥形水膜发生器在水膜锥体的锥面上形成均布水膜，使有机废水与臭氧充分接触，可大大提高有机废水与臭氧的接触面积；通过多个水膜锥体和多个折线形导流板设计，使均布的水膜从上而下形成折线流动，延长有机废水在腔内的停留路径，提高有机废水与臭氧的接触停留时间；通过在腔内设置臭氧循环降解回路，大大降低了臭氧消耗量；此外，该装置的残余臭氧可以在空气中自行分解为氧气，因此不会产生任何污染物，有效避免了二次污染。

本发明的第一个目的在于提供一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，包括臭氧发生器、气泵、折线形气液反应器、水泵和储液罐；所述折线形气液反应器内自上而下设置有若干个水膜锥体，相邻的水膜锥体之间设置有折线形导流板，所述水膜锥体外周边底部开设有若干个水膜锥体臭氧错流通气孔，所述折线形导流板内周边底部开设有若干个导流板臭氧错流通气孔；位于最上方的水膜锥体顶部正上方设置有锥形水膜发生器；折线形气液反应器的底部设置有臭氧进口和有机废水出口，折线形气液反应器的顶部设置有臭氧出口和有机废水进口；所述锥形水膜发生器与有机废水进口连通；所述有机废水出口通过储液罐和水泵与有机废水进口连通，所述储液罐内储存的有机废水通过水泵输送至废水进口；所述臭氧发生器通过气泵与臭氧进口连通，臭氧发生器生成的臭氧通过所述气泵被输送进所述折线形气液反应器内；

有机废水从所述有机废水进口进入，经所述锥形水膜发生器在所述水膜锥体的锥面上形成均匀分布的水膜，并以水膜形式流落至所述折线形导流板，再在所述折线形导流板的斜面上以水膜形式流落至下一个水膜锥体，以此形成自上而下的折线形水膜流动；臭氧从所述臭氧进口进入所述折线形气液反应器内，通过所述水膜锥体臭氧错流通气孔与所述导流板臭氧错流通气孔形成自下而上的臭氧流动；所述折线形气液反应器内自上而下折线流动的有机废水水膜与自下而上进入的臭氧形成逆向错位流动，以使有机废水与臭氧充分接触。

在一种实施方式中，还包括外壳，所述折线形气液反应器位于所述外壳内，折线形气液反应器的外侧设置有臭氧循环管，所述臭氧循环管包括臭氧循环进口与臭氧循环出口，所述臭氧循环进口和臭氧循环出口分别与所述外壳的顶部和底部密封连接；臭氧从所述臭氧进口进入所述折线形气液反应器内，由下而上对有机废水初步降解，再通过所述臭氧循环进口进入至所述臭氧循环管中，从所述臭氧循环出口再进入所述折线形气液反应器内继续对新进入的有机废水进行降解，以实现臭氧循环降解。

在一种实施方式中，所述臭氧进口以圆周均匀分布在折线形气液反应器的底部，臭氧进口伸入至所述折线形气液反应器内，且高出所述折线形气液反应器的内壁；所述臭氧出口的数量以及口径均小于臭氧进口的数量以及口径，以增大折线形气液反应器内的气体压强，使得臭氧向所述臭氧循环管流动，以此形成折线形气液反应器内臭氧循环流动降解；所述有机废水进口处于所述折线形气液反应器的顶部中心位置；所述有机废水出口处于折线形气液反应器的底部中心位置，且位于最下方的水膜锥体的底部正下方。

在一种实施方式中，所述水膜锥体为锥台体，其锥面与水平面夹角为25～45°，顶部为平面，水膜锥体下边线处设有若干个呈圆周分布的水膜厚度控制挡片，所述水膜厚度控制挡片为倒V字形，并与所述水膜锥体的锥面垂直，且其底部与所述水膜锥体下边线重合；相邻两个水膜厚度控制挡片之间开有一个水膜锥体臭氧错流通气孔，用于臭氧自下而上通过所述水膜锥体，所述水膜锥体臭氧错流通气孔为圆形通气孔，水膜锥体臭氧错流通气孔的高度高出所述水膜锥体的锥面，并与其锥面垂直，且位于所述水膜锥体下边线上方10～20mm处；所述水膜锥体下边线处整个圆周设有水膜锥体边沿挡片，所述水膜锥体边沿挡片用于将从所述水膜锥体锥面流下的废水滞住，以利于水膜的形成，所述水膜锥体边沿挡片为环形，且高度与所述水膜厚度控制挡片的高度一致。

在一种实施方式中，所述折线形导流板为固定在所述折线形气液反应器内壁上的阶级状斜面体，每个所述折线形导流板均包括相互连接的上斜面和下斜面，所述折线形导流板呈四周环绕型分布，上斜面与水平面夹角为115～135°，下斜面与水平面夹角为25～45°。

在一种实施方式中，所述折线形导流板上斜面和下斜面的相交处形成有圆孔，所述圆孔一周开有若干个导流板臭氧错流通气孔，用于臭氧自下而上通过折线形导流板，所述导流板臭氧错流通气孔为圆形通气孔，导流板臭氧错流通气孔的高度高出所述折线形导流板的斜面，并与其斜面垂直，且位于所述折线形导流板下边线上方10～20mm处；所述折线形导流板的圆孔边线处设有导流板边沿挡片，所述导流板边沿挡片用于将从所述折线形导流板斜面流下的废水滞住，以利于水膜的形成，所述导流板边沿挡片为环形，且高度与所述导流板臭氧错流通气孔的高度一致。

在一种实施方式中，所述锥形水膜发生器包括锥管接口、密封柱、三棱锥布水管，所述密封柱的底部外周连接有若干个三棱锥布水管，所述密封柱为圆筒状，顶部与所述有机废水进口密封连接，底部开有若干个与所述三棱锥布水管相配合的所述锥管接口，有机废水从所述密封柱进入，通过所述锥管接口流入所述三棱锥布水管中。

在一种实施方式中，若干个所述三棱锥布水管安装在所述水膜锥体的锥面上，其下边线与所述水膜锥体的锥面相重合；所述三棱锥布水管由对称的两个管壁组成，管壁上开有一条列布水孔，依次从所述三棱锥布水管顶部延伸至底部，孔径逐渐减小，且底部孔口与所述水膜锥体锥面相切或者被截，有机废水进入所述三棱锥布水管从两边的布水孔中逐步渗出，以使废水在所述水膜锥体的锥面形成均匀分布的水膜；所述三棱锥布水管的底部尖端与位于最上方的水膜锥体的水膜厚度控制挡片顶部尖端重合，使得流经所述三棱锥布水管的废水在所述水膜锥体锥面形成的水膜能够均匀地被所述水膜厚度控制挡片引流分隔开来，以精确控制形成水膜的厚度；所述三棱锥布水管顶部的上边线与所述密封柱的外圆柱面相重合，两者之间形成密封。

在一种实施方式中，所述折线形气液反应器的臭氧出口连接有安全阀，所述安全阀用于捕捉未被消耗的臭氧。

本发明的第二个目的是提供一种基于折线流动的有机废水臭氧降解方法，采用所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，所述方法包括：

步骤1：开启臭氧发生器，关闭臭氧出口、有机废水进口和有机废水出口，开启气泵以一定流速向装置内输送臭氧气体；

步骤2：待臭氧充满整个装置的腔体内，打开臭氧出口，调节气泵，使得臭氧出口排出的气体压强大于臭氧进口气体压强，确保臭氧在腔体内已经形成循环流动；

步骤3：打开水泵，开始从有机废水进口向腔体内以初定流速通入有机废水，同时开启安全阀；

步骤4：调节水泵以控制有机废水进口和有机废水出口的流速，使得有机废水能够在多级水膜锥体和折线形导流板上形成分布均匀的水膜，并在臭氧出口和有机废水出口处检测到稳定的出口流速和压强，以确保装置的腔体内已形成稳定的臭氧循环降解流动；

步骤5：收集有机废水出口处流出的液体进行检测，根据有机污染物的移除率实时调节气泵和水泵，以实现有机废水的高效降解。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明可以生成多个水膜，显著提高气液接触面积，提高气液传质效果；本发明设计的臭氧降解装置，通过在水膜锥体的锥形结构顶部安装多个三棱锥布水管，使有机废水形成分布均匀的水膜。多个水膜锥体竖向排列可以在腔体内形成多个水膜，通过提高气液接触面积来促进气液传质。

(2)本发明的臭氧和有机废水沿着折线逆向错位流动，延长有机废水和臭氧的接触路径，进一步提高反应的停留时间；本发明设计的臭氧降解装置，通过设置折线形导流板，让均布的水膜从上而下形成折线流动，与从下而上流动的臭氧气体充分接触形成逆向错位流动，延长降解反应时间，提升臭氧降解的效果。

(3)本发明的有机废水水膜厚度可调节，进一步提高有机废水降解效率；本发明设计的臭氧降解装置，在水膜锥体下边线设置水膜厚度控制挡片，通过调节水膜厚度控制挡片之间的夹角，从而实现对有机废水形成水膜的厚度进行控制，进一步提高有机废水的降解效率。

(4)本发明的臭氧可循环利用，提高臭氧利用率和能量利用率；本发明设计的臭氧降解装置，通过在装置顶部开有臭氧出口，并使出口的臭氧再次从装置底部进入腔体，从出口再到进口形成臭氧气体循环，降低了臭氧的消耗量，实现有机废水的持续、高效降解。

本发明通过锥形水膜发生器在水膜锥体的锥面上形成均布水膜，使有机废水与臭氧充分接触，可大大提高有机废水与臭氧的接触面积；通过多个水膜锥体和多个折线形导流板设计，使均布的水膜从上而下形成折线流动，延长有机废水在腔内的停留路径，提高有机废水与臭氧的接触停留时间；通过调节水膜厚度挡片之间的夹角，从而调节有机废水形成水膜的厚度，进一步提高有机废水降解效率；通过在折线形气液反应器内设置臭氧循环降解回路，大大提高了臭氧利用率；此外，本装置中所产生的残余臭氧可以在空气中自行分解为氧气，因此不会产生任何污染物，有效避免了二次污染。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施方式中整体装置的示意图；

图2为本发明一种实施方式中折线形气液反应器的结构示意图；

图3为本发明一种实施方式中水膜锥体的三维结构示意图；

图4为本发明一种实施方式中折线形导流板的三维结构示意图；

图5为本发明一种实施方式中锥形水膜发生器的三维结构示意图；

图6为本发明一种实施方式中三棱锥布水管的结构示意图；

图7为本发明一种实施方式中最上方的水膜锥体与锥形水膜发生器的三维结构示意图；

图8为本发明一种实施方式中折线形气液反应器腔内气液流动示意图；

图9为本发明一种实施方式中基于折线流动的有机废水臭氧降解方法流程图；

图中：1、臭氧发生器；2、气泵；3、折线形气液反应器；31、外壳；32、臭氧出口；33、有机废水进口；34、臭氧循环管；341、臭氧循环进口；342、臭氧循环出口；35、臭氧进口；36、有机废水出口；37、水膜锥体；371、水膜厚度控制挡片；372、水膜锥体臭氧错流通气孔；373、水膜锥体边沿挡片；38、折线形导流板；381、导流板臭氧错流通气孔；382、导流板边沿挡片；39、锥形水膜发生器；391、锥管接口；392、密封柱；393、三棱锥布水管；4、安全阀；5、水泵；6、储液罐。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

此外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以间接地在所述另一元件上并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到所述另一元件，或者可以间接地连接到所述另一元件并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。在下文中，同样的附图标记表示同样的元件。

本发明中采用了“上”、“下”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系的描述，这仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1所示，本发明提供了一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，在一些实施例中，所述装置包括：臭氧发生器1、气泵2、折线形气液反应器3、安全阀4、水泵5和储液罐6，所述臭氧发生器1通过介质阻挡放电反应将空气电离生成臭氧，臭氧通过所述气泵2被输送进所述折线形气液反应器3；所述折线形气液反应器3包括臭氧出口32、有机废水进口33、臭氧循环管34、臭氧进口35、有机废水出口36、水膜锥体37、折线形导流板38和锥形水膜发生器39；

所述折线形导流板38设置有多个，可使有机废水从所述水膜锥体37流至所述折线形导流板38形成折线流动，增加有机废水与臭氧接触反应的时间，有机废水可在所述水膜锥体37锥面形成均匀分布的水膜，增加与臭氧的接触面积，充分反应降解有机废水，所述水膜锥体37设置有多个，使有机废水在所述折线形导流板38与所述水膜锥体37之间自上而下形成逐级的折线流动，与自下而上进入的臭氧气体形成逆向错位流动，显著增强有机废水降解效果；

所述锥形水膜发生器39可将进入腔体的有机废水在所述水膜锥体37锥面上形成均布的水膜；所述储液罐6用于储存需降解的有机废水，所述水泵5为有机废水的循环降解提供动力；所述安全阀4用于捕捉未反应的臭氧分子，尽管臭氧可以在常温常压下自行分解为氧气，使用所述安全阀4可以加速臭氧的自行分解过程，进一步提高装置的环境友好性。

本发明该实施例提供的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，通过设计多个水膜结构，可显著提高臭氧与有机废水的接触面积和反应时间，以提高臭氧在废水中的溶解度，能够有效提升羟基自由基的产率，从而提高有机废水的降解率；通过将未反应臭氧再次循环进入降解装置，从而提高了臭氧的再利用率。

如图2所示，所述臭氧进口35以圆周均匀分布在折线形气液反应器3的底部，臭氧进口35伸入至所述折线形气液反应器3内，且高出所述折线形气液反应器3内壁5～10mm，使得最后在所述折线形气液反应器3底部内壁流出的废水溢进所述臭氧进口35，优选地，所述臭氧进口35共4个，同时由所述臭氧发生器1供气，四个方向环绕进气，可充满整个反应腔内，有利于臭氧循环降解的形成；所述臭氧出口32设在所述折线形气液反应器3的顶部，优选地，所述臭氧出口32共2个，所述臭氧出口32半径与所述臭氧进口35半径的比值为1:1～1:2.5；所述有机废水进口33处于所述折线形气液反应器3的顶部中心位置，并与位于最上方的水膜锥体37和所述三棱锥布水管393密封连接，优选地，所述有机废水进口33的口径大小可根据有机废水的处理量来决定；所述有机废水出口36处于所述折线形气液反应器3的底部中心位置，位于最下方的水膜锥体37的底部正下方，优选地，其口径的大小可根据所述有机废水进口33的口径大小和有机废水处理量来决定。

进一步地，还包括外壳31，所述折线形气液反应器3位于所述外壳31内。所述臭氧循环管34位于所述折线形气液反应器3的外侧，并分别与所述外壳31的顶部和底部密封连接，优选地，所述臭氧循环管34共4个，所述外壳31为圆柱形。所述臭氧循环管34包括臭氧循环进口341和臭氧循环出口342，与所述外壳31顶部密封连接处为所述臭氧循环进口341，与所述外壳31底部密封连接处为所述臭氧循环出口342。臭氧从所述臭氧进口35进入所述折线形气液反应器3内，由下而上对有机废水初步降解，再通过所述臭氧循环进口341进至所述臭氧循环管34中，从所述臭氧循环出口342再进入所述折线形气液反应器3内继续对新进入的有机废水进行降解，实现臭氧循环降解。

如图2-4所示，所述折线形气液反应器3内自上而下依次设置有若干个水膜锥体37，相邻的水膜锥体37之间设置有折线形导流板38；优选地，所述水膜锥体37设置为四个，所述折线形导流板38设置为三个；水膜锥体37的锥面可形成均匀分布的有机废水水膜，显著增加臭氧与有机废水的接触面积；所述折线形导流板38环绕在所述折线形气液反应器3内壁，在所述水膜锥体37锥面上形成均布的有机废水水膜流落到所述折线形导流板38斜面上再次形成均布水膜并由外向里流向下一个所述水膜锥体37，延长了有机废水与臭氧接触路径，增加了废水停留的时间。

进一步地，所述水膜锥体37为锥台体，其锥面与水平面夹角为25～45°，顶部为平面，优选地，所述水膜锥体37的高度、底面直径可根据有机废水进水量、水膜的厚度和停留时间确定；四个所述水膜锥体37之间的距离为水膜锥体37底端半径的0.8～1.2倍。根据有机废水进水量，所述水膜锥体37上所形成的的水膜厚度为0.5～1.5mm，水膜的停留时间在每一个所述水膜锥体37上为3～5s。所述水膜锥体37下边线上方10～20mm处开有水膜锥体臭氧错流通气孔372，用于臭氧自下而上通过多个所述水膜锥体37，所述水膜锥体臭氧错流通气孔372为圆形通气孔，孔径在5～20mm之间，水膜锥体臭氧错流通气孔372的高度高出所述水膜锥体37的锥面5～10mm，且与所述水膜锥体37锥面相垂直，优选地，所述水膜锥体臭氧错流通气孔372大小可由所述水膜锥体37的体积大小、臭氧通量和有机废水处理量进一步精确决定；使用浓度为0.1mM的亚甲基蓝模拟废水和污染物总浓度为0.17mM的实际工业废水进行降解实验，在15分钟持续降解的情况下，模拟废水和实际工业废水的污染物移除率分别达到98.2％和90.1％。

进一步地，所述水膜锥体37下边线设有若干个呈圆周分布的水膜厚度控制挡片371，所述水膜控制挡片371为倒V字形，并与所述水膜锥体37锥面垂直，且其底部与所述水膜锥体37下边线重合，所述水膜厚度控制挡片371能够将在所述水膜锥体37锥面上形成水膜引流分隔开来，通过改变所述水膜厚度控制挡片371的倒V字形夹角从而控制形成水膜的厚度，优选地，所述水膜厚度控制挡片371的夹角在25～60°之间，所述水膜锥体37下边线处整个圆周设有水膜锥体边沿挡片373，水膜锥体边沿挡片373可将从所述水膜锥体37锥面流下的废水滞住，更利于水膜的形成，所述水膜锥体边沿挡片373为环形，宽度为5～10mm，高度与所述水膜厚度控制挡片371的高度一致，优选地，所述水膜控制挡片371高度为5～10mm，可根据形成水膜的厚度调整。

进一步地，所述折线形导流板38为固定在所述折线形气液反应器3内壁上的阶梯状斜面体，每个所述折线形导流板38均包括相互连接的上斜面和下斜面，所述折线形导流板38呈四周环绕型分布，上斜面与水平面夹角为115～135°，下斜面与水平面夹角为25～45°；所述折线形导流板38上斜面和下斜面的相交处形成有圆孔，所述圆孔一周开有若干个导流板臭氧错流通气孔381，用于臭氧自下而上通过多个所述折线形导流板38，所述导流板臭氧错流通气孔381为圆形通气孔，导流板臭氧错流通气孔381的高度高出所述折线形导流板38的斜面，并与其斜面垂直；所述折线形导流板38的圆孔边线处设有导流板边沿挡片382，导流板边沿挡片382可将从所述折线形导流板38斜面流下的废水滞住，更利于水膜的形成，所述导流板边沿挡片382为环形，且高度与所述导流板臭氧错流通气孔381的高度一致。

进一步地，有机废水从所述有机废水进口33进入，经所述锥形水膜发生器39在所述水膜锥体37的锥面上形成均匀分布的水膜，由所述水膜厚度控制挡片371调整形成水膜的厚度，并以水膜形式流落至所述折线形导流板38，再在所述折线形导流板38的斜面上以水膜形式流落至下一个水膜锥体37，以此形成自上而下的折线形水膜流动；臭氧从所述臭氧进口35进入所述折线形气液反应器3内，先通过位于最下方的水膜锥体37上的水膜锥体臭氧错流空气孔372，到达所述水膜锥体37锥面并与形成的有机废水水膜发生降解反应，然后再通过位于最下方的折线形导流板38上的导流板臭氧错流通气孔381，到达所述折线形导流板38斜面上并与形成的有机废水水膜发生降解反应，以此类推，臭氧通过多个水膜锥体臭氧错流通气孔372和导流板臭氧错流通气孔381在所述折线形气液反应器3中形成自下而上的气体流动；所述折线形气液反应器3内自上而下折线流动的有机废水水膜与自下而上流动的臭氧形成逆向错位流动，以使有机废水与臭氧充分接触。

优选地，所述折线形导流板38的内径比所述水膜锥体37顶面半径大10～20mm，多个折线形导流板38之间间隔比所述水膜锥体37高出15～30mm；根据有机废水进水量，所述折线形导流板38上所形成的的水膜厚度为0.4～1.3mm，水膜的停留时间在每一个所述折线形导流板38上为5～8s，因此，水膜在所述折线形气液反应器3内共停留时间为27～44s。所述导流板边沿挡片382宽度为5～10mm，高度为5～10mm，可根据形成水膜的厚度调整；所述水膜锥体37和折线形导流板38共同作用，使有机废水形成折线流动，增加有机废水与臭氧反应的时间，同时与从下而上流动的臭氧气体形成逆向错位流动，进一步延长降解反应时间。

如图5、6所示，所述锥形水膜发生器39呈八爪形，包括锥管接口391、密封柱392、三棱锥布水管393，所述密封柱392的底部外周连接有若干个三棱锥布水管393；所述密封柱392为圆筒状，顶部与所述有机废水进口33密封连接，底部开有若干个与所述三棱锥布水管393相配合锥管接口391，有机废水从所述密封柱392进入，通过所述锥管接口391流入所述三棱锥布水管393中。优选地，所述密封柱392的高度应不少于30cm，内径比所述有机废水进口大30～50mm；若干个所述三棱锥布水管393安装在位于最上方的水膜锥体37的锥面上，三棱锥布水管393的下边线与所述水膜锥体37的锥面相重合，实现所述三棱锥布水管393内与管外的隔绝；所述三棱锥布水管393由对称的两个管壁组成，管壁上开有一条列布水孔，依次从所述三棱锥布水管393顶部延伸至底部，孔径逐渐减小，且底部孔口与所述水膜锥体37锥面相切或者被截，有机废水进入所述三棱锥布水管393从两边的布水孔中逐步渗出，更有利于废水在所述水膜锥体37的锥面形成均布水膜；所述三棱锥布水管393底部尖端与位于最上方的水膜锥体37的水膜厚度控制挡片371顶部尖端重合，使得流经所述三棱锥布水管(393)的废水在所述水膜锥体(37)锥面形成的水膜能够均匀地被所述水膜厚度控制挡片(371)引流分隔开来，以精确控制形成水膜的厚度；所述三棱锥布水管393顶部的上边线与所述密封柱392的外圆柱面相重合，两者之间形成密封。优选地，所述三棱锥布水管393的顶部宽度应小于所述密封柱392外径的八分之一，顶部高度应不超过所述水膜锥体37高度的六分之一，布水孔孔径不超过所述三棱锥布水管393高度的三分之一。

如图7所示，位于最上方的水膜锥体37与所述锥形水膜发生器39组成第一级水膜锥体，有机废水通过所述有机废水进口33进入所述密封柱392，由所述锥管接口391经所述三棱锥布水管393在第一级水膜锥体锥面形成分布均匀的水膜。

如图8所示，图8为折线形气液反应器3内臭气体与有机废水液体的流动示意图，实线箭头表示有机废水的流动方向，虚线箭头表示臭氧的流动方向。有机废水从所述有机废水进口33进入，经所述三棱锥布水管393在所述水膜锥体37锥面形成均布水膜，并以水膜形式流落所述折线形导流板38，再由所述折线形导流板38以水膜形式流落至下一个所述水膜锥体37，以此形成自上而下的折线形水膜流动；臭氧从所述臭氧进口35进入腔体内，通过所述水膜锥体臭氧错流通气孔372与所述导流板臭氧错流通气孔381形成自下而上的流动，并在腔体顶部时由于所述臭氧出口32只有2个且口径比所述臭氧进口35小，导致所述折线形气液反应器3内气体压强增大，使得臭氧向所述臭氧循环管34流动，以此形成腔内臭氧循环流动降解。因此，所述折线形气液反应器3内自上而下折线流动的有机废水水膜与自下而上的臭氧形成逆向错位流动，显著增加了臭氧与有机废水的接触面以及两者的接触时间，增强了气液传质效果。

此外，如图9所示，本发明还提供了一种基于折线流动的有机废水臭氧降解方法，所述方法采用上述的基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，包括以下步骤：

步骤1：开启臭氧发生器1，关闭臭氧出口32、有机废水进口33和有机废水出口36，开启气泵2，以一定流速向装置内通入臭氧气体，气泵2的流速设置为60～180mL/min，可视实际情况调整；

步骤2：待臭氧充满整个装置的腔体内，打开臭氧出口32，调节气泵2，使得臭氧出口32排出的气体压强大于臭氧进口35气体压强，确保臭氧在腔体内已经形成循环流动；

步骤3：打开水泵5，开始从有机废水进口33向腔体内以初定流速通入有机废水，水泵5的流速为气泵2流速的1.5～2倍，即90～36mL/min，同时开启安全阀4；

步骤4：调节水泵5以控制有机废水进口33和出口36的流速，使得有机废水能够在多个水膜锥体37和折线形导流板38的斜面上形成分布均匀的水膜，并在臭氧出口32和有机废水出口36处检测到稳定的出口流速和压强，以确保装置的腔体内已形成稳定的臭氧循环降解流动；

步骤5：收集有机废水出口36处流出的液体进行检测，根据有机污染物的移除率实时调节气泵2和水泵5的流速，以实现有机废水的高效降解。

进一步地，步骤5中对降解后有机废水进行检测，若有机废水中污染物浓度过高，则调节气泵2和水泵5以改变不同的臭氧和有机废水的进口流速，使得臭氧和形成的均布水膜有了足够的气液接触面积和充分的停留反应时间，以提高降解效果。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同更换，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改，等同替换，改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，包括臭氧发生器(1)、气泵(2)、折线形气液反应器(3)、水泵(5)和储液罐(6)；所述折线形气液反应器(3)内自上而下设置有若干个水膜锥体(37)，相邻的水膜锥体(37)之间设置有折线形导流板(38)，所述水膜锥体(37)外周边底部开设有若干个水膜锥体臭氧错流通气孔(372)，所述折线形导流板(38)内周边底部开设有若干个导流板臭氧错流通气孔(381)；位于最上方的水膜锥体(37)顶部正上方设置有锥形水膜发生器(39)；折线形气液反应器(3)的底部设置有臭氧进口(35)和有机废水出口(36)，折线形气液反应器(3)的顶部设置有臭氧出口(32)和有机废水进口(33)；所述锥形水膜发生器(39)与有机废水进口(33)连通；所述有机废水出口(36)通过储液罐(6)和水泵(5)与有机废水进口(33)连通，所述储液罐(6)内储存的有机废水通过水泵(5)输送至废水进口(33)；所述臭氧发生器(1)通过气泵(2)与臭氧进口(35)连通，臭氧发生器(1)生成的臭氧通过所述气泵(2)被输送进所述折线形气液反应器(3)内；

有机废水从所述有机废水进口(33)进入，经所述锥形水膜发生器(39)在所述水膜锥体(37)的锥面上形成均匀分布的水膜，并以水膜形式流落至所述折线形导流板(38)，再在所述折线形导流板(38)的斜面上以水膜形式流落至下一个水膜锥体(37)，以此形成自上而下的折线形水膜流动；臭氧从所述臭氧进口(35)进入所述折线形气液反应器(3)内，通过所述水膜锥体臭氧错流通气孔(372)与所述导流板臭氧错流通气孔(381)形成自下而上的臭氧流动；所述折线形气液反应器(3)内自上而下折线流动的有机废水水膜与自下而上进入的臭氧形成逆向错位流动，以使有机废水与臭氧充分接触。

2.根据权利要求1所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，还包括外壳(31)，所述折线形气液反应器(3)位于所述外壳(31)内，折线形气液反应器(3)的外侧设置有臭氧循环管(34)，所述臭氧循环管(34)包括臭氧循环进口(341)与臭氧循环出口(342)，所述臭氧循环进口(341)和臭氧循环出口(342)分别与所述外壳(31)的顶部和底部密封连接；臭氧从所述臭氧进口(35)进入所述折线形气液反应器(3)内，由下而上对有机废水初步降解，再通过所述臭氧循环进口(341)进入至所述臭氧循环管(34)中，从所述臭氧循环出口(342)再进入所述折线形气液反应器(3)内继续对新进入的有机废水进行降解，以实现臭氧循环降解。

3.根据权利要求2所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述臭氧进口(35)以圆周均匀分布在折线形气液反应器(3)的底部，臭氧进口(35)伸入至所述折线形气液反应器(3)内，且高出所述折线形气液反应器(3)的内壁；所述臭氧出口(32)的数量以及口径均小于臭氧进口(35)的数量以及口径，以增大折线形气液反应器(3)内的气体压强，使得臭氧向所述臭氧循环管(34)流动，以此形成折线形气液反应器(3)内臭氧循环流动降解；所述有机废水进口(33)处于所述折线形气液反应器(3)的顶部中心位置；所述有机废水出口(36)处于折线形气液反应器(3)的底部中心位置，且位于最下方的水膜锥体(37)的底部正下方。

4.根据权利要求1所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述水膜锥体(37)为锥台体，其锥面与水平面夹角为25～45°，顶部为平面，水膜锥体(37)下边线处设有若干个呈圆周分布的水膜厚度控制挡片(371)，所述水膜厚度控制挡片(371)为倒V字形，并与所述水膜锥体(37)的锥面垂直，且其底部与所述水膜锥体(37)下边线重合；相邻两个水膜厚度控制挡片(371)之间开有一个水膜锥体臭氧错流通气孔(372)，用于臭氧自下而上通过所述水膜锥体(37)，所述水膜锥体臭氧错流通气孔(372)为圆形通气孔，水膜锥体臭氧错流通气孔(372)的高度高出所述水膜锥体(37)的锥面，并与其锥面垂直，且位于所述水膜锥体(37)下边线上方10～20mm处；所述水膜锥体(37)下边线处整个圆周设有水膜锥体边沿挡片(373)，所述水膜锥体边沿挡片(373)用于将从所述水膜锥体(37)锥面流下的废水滞住，以利于水膜的形成，所述水膜锥体边沿挡片(373)为环形，且高度与所述水膜厚度控制挡片(371)的高度一致。

5.根据权利要求4所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述折线形导流板(38)为固定在所述折线形气液反应器(3)内壁上的阶级状斜面体，每个所述折线形导流板(38)均包括相互连接的上斜面和下斜面，所述折线形导流板(38)呈四周环绕型分布，上斜面与水平面夹角为115～135°，下斜面与水平面夹角为25～45°。

6.根据权利要求5所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述折线形导流板(38)上斜面和下斜面的相交处形成有圆孔，所述圆孔一周开有若干个导流板臭氧错流通气孔(381)，用于臭氧自下而上通过所述折线形导流板(38)，所述导流板臭氧错流通气孔(381)为圆形通气孔，导流板臭氧错流通气孔(381)的高度高出所述折线形导流板(38)的斜面，并与其斜面垂直，且位于所述折线形导流板(38)下边线上方10～20mm处；所述折线形导流板(38)的圆孔边线处设有导流板边沿挡片(382)，所述导流板边沿挡片(382)用于将从所述折线形导流板(38)斜面流下的废水滞住，以利于水膜的形成，所述导流板边沿挡片(382)为环形，且高度与所述导流板臭氧错流通气孔(381)的高度一致。

7.根据权利要求6所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述锥形水膜发生器(39)包括锥管接口(391)、密封柱(392)、三棱锥布水管(393)，所述密封柱(392)的底部外周连接有若干个三棱锥布水管(393)，所述密封柱(392)为圆筒状，顶部与所述有机废水进口(33)密封连接，底部开有若干个与所述三棱锥布水管(393)相配合的所述锥管接口(391)，有机废水从所述密封柱(392)进入，通过所述锥管接口(391)流入所述三棱锥布水管(393)中。

8.根据权利要求7所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，若干个所述三棱锥布水管(393)安装在所述水膜锥体(37)的锥面上，其下边线与所述水膜锥体(37)的锥面相重合；所述三棱锥布水管(393)由对称的两个管壁组成，管壁上开有一条列布水孔，依次从所述三棱锥布水管(393)顶部延伸至底部，孔径逐渐减小，且底部孔口与所述水膜锥体(37)锥面相切或者被截，有机废水进入所述三棱锥布水管(393)从两边的布水孔中逐步渗出，以使废水在所述水膜锥体(37)的锥面形成均匀分布的水膜；所述三棱锥布水管(393)的底部尖端与位于最上方的水膜锥体(37)的水膜厚度控制挡片(371)顶部尖端重合，使得流经所述三棱锥布水管(393)的废水在所述水膜锥体(37)锥面形成的水膜能够均匀地被所述水膜厚度控制挡片(371)引流分隔开来，以精确控制形成水膜的厚度；所述三棱锥布水管(393)顶部的上边线与所述密封柱(392)的外圆柱面相重合，两者之间形成密封。

9.根据权利要求1所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，其特征在于，所述折线形气液反应器(3)的臭氧出口(32)连接有安全阀(4)，所述安全阀(4)用于捕捉未被消耗的臭氧。

10.一种基于折线流动的有机废水臭氧降解方法，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的一种基于折线流动的有机废水臭氧降解装置，所述方法包括：

步骤1：开启臭氧发生器(1)，关闭臭氧出口(32)、有机废水进口(36)和有机废水出口(33)，开启气泵(2)以一定流速向装置内输送臭氧气体；

步骤2：待臭氧充满整个装置的腔体内，打开臭氧出口(32)，调节气泵(2)，使得臭氧出口(32)排出的气体压强大于臭氧进口(35)气体压强，确保臭氧在腔体内已经形成循环流动；

步骤3：打开水泵(5)，开始从有机废水进口(33)向腔体内以初定流速通入有机废水，同时开启安全阀(4)；

步骤4：调节水泵(5)以控制有机废水进口(33)和有机废水出口(36)的流速，使得有机废水能够在多级水膜锥体(37)和折线形导流板(38)上形成分布均匀的水膜，并在臭氧出口(32)和有机废水出口(36)处检测到稳定的出口流速和压强，以确保装置的腔体内已形成稳定的臭氧循环降解流动；

步骤5：收集有机废水出口(36)处流出的液体进行检测，根据有机污染物的移除率实时调节气泵(2)和水泵(5)，以实现有机废水的高效降解。